Evrenin ve Yaşamın Sırları

Özgür Deveci tarafından yazıldı · 18 Aralık 2020

Evren neden kurallar ve kanunlar tarafından yönetiliyor? Neden kaos yerine bir düzene uyuyor? Bu soruların cevabı, bizi sırların en derinine götürüyor. Her şeyin kalbine. Şimdi gelin, hep birlikte evrenin anahtarına daha yakından bakalım.

Higgs bozonuyla ilgili gelişmeler, bilim yolculuğumuzun sadece son adımıydı. Bizi evrenin sınırlarına ve ötesine taşıyan bir adımdı. Bu noktaya gelebilmemiz, uzun bir yolculuğun sonunda oldu. Her şey 350 yıl önce Cambridge'deki küçük bir İngiliz kasabasında başladı. 1665 yılında İngiltere, veba salgınıyla boğuşuyor ve ölüm kol geziyordu. Isaac Newton adındaki bir öğrenci, bu tehditten korunmak için kasabayı terk etmek istedi. Newton, evreni başka bir gözle görebilen, radikal bir düşünürdü. Doğanın gizemli kanunlarından yola çıkarak, araştırmasındaki ilk adımı atmış oldu. Neden hareket ediyorlar? Neden duruyorlar? Neden düşüyorlar? Bu denli basit soruların dünyayı değiştireceğini düşünmeyebilirsiniz. Ama, değiştirdi. Newton, evrenin derinliklerinde, nesneleri birbirine doğru çeken bir kuvvet olduğunu öne sürdü. Modern bilimin ilerlemesiyle kütle çekim dediğimiz bu kuvvet, sadece dünyamızda değil tüm evrende işliyordu. Gücünü, nesnelerin kütleleri ve birbirlerine olan uzaklıkları gibi temel fizik kanunlarından alıyordu. Newton, bu soruların cevaplarını bulabilmek için Kalkülüs adını verdiği bir matematik dili keşfetti. 23 yaşındaki bir genç için hiç fena değildi. Günümüzde bile bilim insanları tarafından hala her gün kullanılmaktadır. Newton'un çalışmaları her şeyi öngörebilmemizi sağladı. Gezegenlerin yörüngelerinden, tutulmaların hassas zamanlamasına ve yağmur damlalarının hareketine kadar. Bugün, kuramsal fizikçiler hâlâ Newton ile benzer şeyleri yapıyorlar. Neyse ki, artık veba için endişelenmemize gerek kalmadı.

Işık hızı

19. yüzyılın ortalarında, Viktorya döneminde yaşayan James Clark Maxwell adında bir bilim insanı ışıkla kafayı bozmuştu. 1860'lı yıllarda ışığa olan ilgisi, onu renkli fotoğrafı icat etmeye götürdü. James Maxwell, zamanının öyle ilerisindeydi ki, bir sonraki renkli fotoğrafın çekilebilmesi tam 30 yıl aldı. Bu, onun için sadece bir başlangıçtı. Fiziğin başka bir dalına yönelen Maxwell, bilim dünyasındaki her şeyi değiştirdi. Maxwell, manyetizma ve elektrik arasında tuhaf bir bağlantı olduğunu öne sürdü. Aslında hiçbir şey karmaşık değildi. Bir kablonun yanında bir mıknatısı hareket ettirirseniz, kabloda akan elektrik elde edersiniz. Peki, bu ikisini bağlayan şey nedir? Maxwell'e göre, manyetizma ve elektrik aslında madalyonun iki yüzüydü ve buna elektromanyetik dalga adını verdi. Ancak, bir sürprizle karşılaştı.

Blog single

Matematik, bu dalgaların saniyede 300 bin kilometre hızla yol aldığını söylüyordu. Yani, ışık hızıyla aynı hızda. O zaman ışıkta elektromanyetik bir dalga olmalıydı. Elektrik, manyetizma ve ışığı bir dizi denklem ile birbirine bağlayan Maxwell, bilim tarihinin en büyük keşiflerinden birine imza atmış oldu. Maxwell kanunları denilen bu denklemler, kutuplarda dans eden auroralardan, modern iletişim teknolojilerine kadar her şeye hükmediyorlar. Günlük hayatımızda kullandığımız tüm elektronik cihazlar, Maxwell kanunlarına göre çalışır. Elektromanyetizma, gezegenimizi aydınlatan temel bir kuvvettir. Fakat ışık, Maxwell'in sandığından çok daha ilginç bir yapıdaydı. Kendisi, bilmeden de olsa her şeyin teorisinin ipuçlarından birini ortaya çıkarmıştı.

Işığın dalga fonksiyonu

19. yüzyılın sonlarına gelindiğinde Newton ve Maxwell'in büyük keşifleri, evrenin sırlarını ortaya çıkarmış gibi görünüyordu. Ancak, iki Amerikalı fizikçi tesadüfen hiç kimsenin beklemediği bir şeyi ortaya çıkardı. Albert Michelson ve Edward Morley, Maxwell'in denklemlerini inceliyorlardı. Işık, saniyede 300 bin kilometre hızla hareket eden bir çeşit dalgaydı. Su dalgaları, nasıl suyun içerisinde ilerleyen enerji dalgalarıysa, ses dalgaları da havanın içerisinde ilerleyen enerji dalgalarıydı. O halde, ışıkta bir şeyin içerisinde ilerliyor olmalıydı. Buna Luminiferous Ether adını verdiler. Güneş ve Dünya arasındaki boşluğun eter ile dolu olduğunu, Güneş ışınlarının Dünya'ya ulaşması için bu eter içerisinde ilerlemesi gerektiğini öne sürdüler. Dünya'da Güneş etrafında döndüğüne göre, o zaman o da bu eter içerisinde ilerliyor olmalıydı. Öyleyse onların Luminiferous Ether adını verdiği, gezegenimizin yüzeyini saran bir şey olmalıydı. Michelson ve Morley, Luminiferous Ether'ı gezegenimizde tespit edebileceklerini düşündüler.

Blog single

Etkilerini ölçmek içinde bir deney tasarladılar. Bir evin bodrum katında hesaplamalarını gerçekleştirdikten sonra prensibi daha iyi anlamak için, laboratuvarlarını kumsala taşıdılar. Dünya, sürekli olarak Güneş'in etrafında döndüğüne göre, Luminiferous Ether gerçek olmalıydı. Ayrıca ışık hızını da dünya üzerinde etkiliyor olmalıydı. Eğer bir ışık hüzmesi, Luminiferous Ether'ı arkasına alarak ilerlerse, ışık daha hızlı yol almalıydı. Eğer ışık tam tersi yönde ilerliyorsa, o zaman da ışığın hızı azalmalıydı. Bu iki hız arasındaki fark ise, ölçülebilir olmalıydı. Ancak, hiçbir fark tespit edemediler. Hangi yöne olursa olsun, ışık dalgaları ne yavaşlıyor ne de hızlanıyordu. Bu sonuç, onlar için oldukça rahatsız ediciydi. Bu durum, ışık hızının her yöne doğru sabit olduğunu gösteriyordu. Modern deneyler de tekrar tekrar bu keşfi doğruladı. Michelson ve Morley, hatalı olduklarını rapor ederlerken oldukça mahçup haldeydiler. Luminiferous Ether, ortada yoktu. Aslında bu deney tam olarak facia ile sonuçlanmadı. Sadece bilim tarihinin en önemli hatalarından biriydi. Işık, hiçbir şey içerisinde ilerleyen bir dalgaydı. Kulağa tuhaf gelebilir, ancak ışık hızının sabit olması da bir o kadar tuhaftır.

Özel görelelik kuramı

Albert Einstein, ışığın doğasındaki gerçeği keşfetmek için çalışmalara başladı. Bunu daha kolay anlamak için, oyuncak bir tren hayal edin. Trenimiz hangi hızda ilerliyor? Mesela, saatte 1 mil hızla ilerliyor olsun. Bu tam olarak neye göre, dediğinizi duyar gibiyim. Haklısınız. Gözlemlediğiniz yeri değiştirseniz, farklı bir cevap elde edersiniz. Dünya, ekseni etrafında saatte yaklaşık 1000 mil hızla dönüyor. Yörüngeden bakıldığında oyuncak trenimiz çok daha hızlı ilerliyor. Ama Dünya'da saatte 67 bin mil hızla Güneşin etrafında dönüyor. Ancak, Güneş'te sabit değil. O da Samanyolu'nun etrafında dönüyor. Dahası, galaksimizde uzayda hareket ediyor. Peki o halde, tren gerçekte hangi hızda ilerliyor? Saatte 1 mil de olabilir, 1000 mil de olabilir 67 bin mil de olabilir. Hatta çok daha fazlası bile olabilir. Hızın, gözlemlenilen yere göre değişken olması herkes tarafından anlaşılabilir. Ama oyuncak trenin hızının aksine, ışık hızına nereden bakarsanız bakın sabit olduğunu göreceksiniz. Bunu daha farklı bir şekilde anlamak için, Einstein'da bir tren hayal etti. Fakat onunki, gerçek bir trendi. Vagonun ortasında, çakmağıyla oynayan birini düşünün. Vagonun her iki ucunda da çakmağa eşit uzaklıkta birileri olsun. Einstein, bu deneyle kişilerin ne gördüğünü değil ne zaman gördüğünü merak ediyordu. Çünkü aynı vagondaydılar, yani aynı hızda ilerliyorlardı. Doğal olarak iki gözlemci de çakmaktan çıkan alevi tam olarak aynı anda görecekti. Peki, perondaki birisi için bu durum aynı mıydı? Onun bakış açısıyla ışık hüzmesi, ön taraftaki gözlemciye ulaşana kadar biraz daha mesafe kat etmeliydi. Öte yandan, diğer gözlemciye giden ışık hüzmesinin kat etmesi gereken mesafe, biraz daha kısa olmalıydı. Çünkü o da ışığa doğru ilerliyordu. Yani, ışığın arkadaki gözlemciye daha önce ulaştığını görecekti. Einstein, bu deneyle şu sonuca vardı. Hareket eden bir trendeki olay, eğer trendeyseniz aynı anda gerçekleşir. Ancak perondaysanız, farklı zamanlarda gerçekleşir. Demek ki, olayların aynı anda gerçekleşip gerçekleşmediğini bilemeyiz. Gerçeklik, bulunduğunuz konuma bağlıdır. Bunu bir de tüm evreni baz alarak düşünün. Eğer gerçeklik, nerede bulunduğunuza bağlıysa, evrende olan bitenleri kesin olarak nasıl bilebilir siniz? Dahası, evrenin nasıl işlediğine dair anahtarı nasıl bulabilir siniz?

Blog single

Neyse ki Einstein, Özel Görelilik Kuramı ile bu soruya cevap verdi. Einstein, gerçekliğin esnek olduğunu öne sürdü. Çünkü, zamanın kendisi de esnekti. Kulağa garip gelebilir. Fakat esneklik, fizikte yepyeni bir konseptin başlangıcı oldu. Einstein'a göre, tıpkı manyetizma, elektrik ve ışık gibi uzay ve zaman da ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlıydı. Ona, uzay zaman adını verdi. Uzay zaman, ağır kütleler tarafından eğilebilir ve bükülebilir. Yıldızlar, gezegenler ve galaksiler gibi. Bununla birlikte Newton'un uzun yıllar önce keşfettiği gizemli kuvveti de açıklamış oldu. Kütle çekim kuvveti, aslında uzay zamanın bir bükülmesidir. Uzay zamanın bükülmesi denildiğinde, anlaşılması zor olabilir. Aslında öyle değil. Bunun için bir tekne hayal edin. Gölün üzerinde, düz bir rotada ilerliyor olsun. Gölün yüzeyi, tıpkı bükülmemiş uzay zaman gibidir. Şimdi gölün üzerinde açılmış bir girdap düşünün. Göl, bükülmeye başlıyor. Tıpkı uzay zamanın bir gezegen tarafından bükülmesi gibi. Böylece tekne girdaba doğru çekilmeye başlar. Oysaki, tekne düz bir doğruda ilerliyordu. İşte büyük bir gezegen ya da yıldızın da uzay zamanda yaptığı etki, bunun aynısıdır. Etraflarındaki uzay zamanda bükülme yaratırlar ve nesneleri kendilerine doğru çekerler. Yani, Newton'un yıllar önce keşfettiği kütle çekim kanununda olduğu gibi. Einstein, evrenin derinliklerine bakıp, işleyişini görmüştü. Işık hızının sabit olduğunu keşfettikten 10 yıl sonra, uzay zamandaki bükülmelerin doğadaki temel bir gücü oluşturduğunu fark etti. Onun çalışmaları, evrenin anahtarını keşfetmemize bizi çok yaklaştırdı. Fakat Einstein bile, sonrasında olacaklara hazırlıklı değildi. Einstein, evrenin mekanizmasını ortaya çıkarmaya başlamış olsa da gene de nasıl çalıştığını henüz anlayamamıştı. Onun teorileri ışığın, uzay boşluğunda ilerleyen süper hızlı bir elektromanyetik dalga olduğunu söylüyordu. Fakat bu dalgaların aslında ne olduğunu söylemiyordu.

Işığın kırınımı

1919 yılında Theodor Kaluza adında zerafet tutkunu bir Alman kuramcı, bu konuyu ele aldı. Kaluza, her türlü teoriyi oldukça ciddiye alan biriydi. Öyle ki, yüzmeyi bile sadece kitap okuyarak öğrenmişti. Teorisini pratiğe dökeceği zaman, Kaluza korkusuzdu. Neyse ki, yüzmeyi iyi anlamıştı. Fakat, evreni açıklayan teorisi için aynı şey söylenemezdi. Kütle çekim kanunu, elektromanyetizma ve ışık içinde uygulanabilir miydi? Acaba ışık dalgaları, daha da karmaşık uzay zaman bükülmeleri miydi? O zamanlar için oldukça cesur bir düşünceydi ve cevabı doğruydu. Bu dâhiyane fikre rağmen, Kaluza'nın zamanlaması talihsizdi. Fikirleri, bilinen her şeyi sorgulayan yeni bir fizik dalı olan kuantum mekanikleri tarafından kenara itildi. Atomun içerisinde, evrenin garip ve kaotik bir yer olduğu görüldü. Bilinen fizik kuralları burada işlemiyordu. Kuantum dünyasının ne kadar garip olduğu, elektron adı verilen atom altı parçacıklar kullanılarak anlaşılacaktı. Elektron akıntısı, iki ince yarıktan bir detektöre doğru ateşlendi. Elektronların, metal plakada çift çizgi oluşturması bekleniyordu. Fakat, öyle olmadı. Dedektör, sadece iki çizgi değil, birçok çizgi tespit etti. Bunu kimse beklemiyordu. Elektronlar, fizik kanunlarını âdeta reddediyordu.

Blog single

Bunu daha kolay anlamak için, bir futbol sahası hayal edin. Bir oyuncu, serbest vuruşa hazırlanıyor olsun. Elbette ki topun, barajı ve kaleciyi geçip fileyle buluşması için elinden geleni yapması gerekiyor. Rakip takımın oyuncuları da bunu engellemeye çalışacaklar. Buraya kadar her şey mantıklı. Ancak atom altı ya da kuantum dünyasında olaylar daha farklı şekilde işliyor. Bu yüzden fizikçiler oldukça endişelenmeye başladı. Tanımlanabilir bir hat yerine, olası rotaları izleyen elektronlar yüzünden kalecinin ne yazık ki hiç şansı kalmaz. Topumuz fileye çarptığında ise, tek bir gerçekliğe geri döner. Ancak kısa bir süre önce, top her yerde ve herhangi bir yerdedir. Size tuhaf olduğunu söylemiştim. Bunun ne kadar rahatsız edici olduğunu inkâr etmek zordur. Eğer atom altı seviyede her şey gerçekten bu kadar kaotikse, Newton tarafından başlatılmış, Maxwell tarafından devam ettirilmiş, Einstein ve Kaluza tarafından da geliştirilmiş bu fikir, buna mı indirgenecekti? Rulet oyunu kadar tesadüfi bir şey değil mi? Atom altı dünyadaki kaos ile geri kalan dünyadaki düzen arasındaki çelişki, bilim insanları tarafından gerçek bir sorun oluşturmuştu.

Kuantum mekanikleri

1950'lerde olasılık üzerine içgüdüsel bir algıya sahip olan Richard Feynman adında biri ortaya çıktı. Kendisi parti canavarı ve kumar bağımlısı olmasının yanı sıra dünyanın gördüğü en üstün beyinlerden biriydi. Feynman, en sevdiği zaafının matematiğini, kuantum dünyasının belirsizliğine uyarladı. Rulet topunun olasılık kurallarına uymasından yola çıkarak, elektronların da bu kurallara uyacağını düşündü. Her rulet oyuncusunun bildiği gibi, topun kesin olarak hangi sayıya düşeceğini öngöremeseniz bile, ihtimalleri hesaplayabilirsiniz. Oyunda 37'de 1 ihtimaliniz vardır. Olasılıkları kullanan Feynman, kuantum mekaniklerinin ne sonuç vereceğine gözlemleyebiliyordu. Kendisi kuantum dünyasının ders zilini çaldı ve bilim için teneffüs sona erdi. Kuantum dünyasının keşfiyle en küçük boyutta olanlar ile en büyük boyutta olanlar arasındaki bağlantılar araştırılıyor. Bu, kendi kendine yüzmeyi öğrenen Alman fizikçi Theodor Kaluza'nın çalışmalarına geri dönülerek yapıldı.

Blog single

Atom altı parçacıklardan eksi yüklü olan elektronlar, proton ve nötronların etrafında dönüyorlar. Elektronların içinde ise, kuark adı verilen daha da küçük parçacıklar bulunuyor. Kuarklar da sicimlerden meydana geliyor. Onlar da çok daha karmaşık uzay zaman bükülmelerini oluşturuyor. Onları titreşen keman tellerine benzetebilirsiniz. Keman tellerinin farklı notalar için titremesi gibi, her bir sicim de titrer ve farklı bir parçacık ortaya çıkarır. Bu parçacıklar da evrenimizi oluşturur. Kaluza ve Einstein'ın fikirlerine dayanarak sicim teorisi, titreşen sicimlerin uzay zamanda küçük bükülmeler yarattığını söyler. Mikroskobik ölçüde olan bu bükülmeleri de 10 boyutlu uzayda gerçekleştirir. Titreşen sicimler, kuark ve neutrino gibi temel parçacıkları üretir. Tıpkı bir müzik eserindeki harmoniler gibi, fizik kanunlarının ortaya çıktığı yer de burasıdır. Kara deliklerin davranışlarından, yıldızların yaşamı ve ölümüne, yere düşen bir kâğıt parçasından, pusulanın kıpırdayan ibresine kadar her şeyi kontrol eden kanunlar. Bu fikrin değişik versiyonları bulunuyor. Teorinin bazı versiyonları sadece en küçük boyutlarda işe yarıyor. Diğerleri de patlayan bir yıldızın çekirdeği gibi çok yüksek sıcaklıklarda gerçekleşiyor.

Her şeyin teorisi

Bu teorilerin hepsine birden M teorisi adını veriyoruz. Kimse M'in ne anlama geldiğini bilmiyor. Master olabilir, mistikte olabilir. Belki de mucizedir. Belki de üçü birden. Ne olursa olsun, yapacak daha çok işimiz var. Var olan tek bir evrende yaşamıyoruz. Çok fazla sayıda evren bulunuyor. Fizik, Newton ve Maxwell'den bu yana çok yol kat etti. Hatta şunu da söyleyebilirim. Tarihsel bir dönüm noktası olacağına inandığım bu dönemde yaşadığım için çok mutluyum. Devlerin omuzlarından yükselerek evrenin anahtarını bulmaya çalışırken, her şeyi açıklayacak tek bir teoriyi kurmanın eşiğindeyiz. Her şeyi tam olması gerektiği gibi oluşturan üstün bir otoritenin olabileceği ima edilse de M teorisi bu problemi çözüyor. Evrenimizin, yüz milyardan fazla evrenden sadece bir tanesi olduğu şeklinde olağanüstü bir öngörüde bulunuyor. Muhtemelen bilinen evrendeki yıldız sayısından bile fazla.

Blog single

Bunu daha iyi anlamak için, titreyen keman telleri benzetmesine geri dönelim. Tellerin her bir titreşimi, temel parçacıklar ve temel kuvvetleri ortaya çıkarıyor. Bunların birleşimi de evrenimizdeki her şeyi meydana getiriyor. Ancak kuartet, farklı bir eser çalmak isterse ne olacak? Matematiksel olarak bu eser, farklı parçacıklar ortaya çıkaracaktır. Farklı fizik yasalarıyla yönetilen tamamen farklı bir evren. Yani nasıl sonsuz sayıda çalınabilir eser varsa, bizim evrenimizde milyarlarca evrenden sadece bir tanesi olabilir. Onları göremeyiz, çünkü evrenimizin sınırlarının ötesindedir. Her birinin kendine ait fizik yasaları vardır. Bazıları istikrarsızdır ve oluştukları gibi çökerler. Bazıları karanlık ve soğuktur. Bazıları da genişler ve evrenimizde olduğu gibi gezegenleri ve yıldızları oluşturur. Evrenimizin anahtarını bulmaya çalışırken, beklenmedik bir sonucu ortaya çıkardık. Diğer bütün evrenlerin anahtarlarını bulmuş olduk.

Makalemi buraya kadar okuyan herkese çok teşekkür ediyorum ve yazımı çok sevdiğim gökbilimci ve astrobiyolog Carl Sagan'ın sözleriyle sonlandırıyorum.

"Uzayın derinliğinden bu resmi çekmeyi başardık. Eğer bu resme dikkatlice bakarsanız orada bir nokta göreceksiniz. O noktaya tekrar bakın. Bu nokta bizim evimiz. O biziz. Sevdiğiniz ve tanıdığınız, adını duyduğunuz, yaşayan ve ölmüş olan herkes onun içinde bulunuyor. Tüm neşemizin ve kederimizin toplamı, binlerce birbirini yalanlayan din, ideoloji ve iktisat öğretisi; insanlık tarihi boyunca yaşayan her avcı ve toplayıcı, her kahraman ve korkak, her medeniyet kurucusu ve yıkıcısı, her kral ve çiftçi, her aşık çift, her anne ve baba, her umut dolu çocuk, her mucit, her kâşif, her ahlak hocası, yozlaşmış her politikacı, her şöhret yıldızı, her "yüce önder", her aziz ve günahkâr işte orada yaşadı; bir güneş ışınında asılı duran o toz zerreciğinin içinde."

Carl E. Sagan

Blog single

Bu yazıyı beğendiyseniz sosyal medya hesaplarınızdan paylaşım yapabilirsiniz. Ayrıca buna benzer daha birçok yazı için Blog sayfamızı ziyaret edebilirsiniz.